DE2547106C3 - Solid-state dielectric component for storage in matrix form - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein dielektrisches Festkörper-Bauelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung, wie es aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 45 755 bekannt istThe invention relates to a dielectric solid-state component as described in the preamble of the claim specified genus, as it is known from the German Offenlegungsschrift 19 45 755

Bei diesem Bauelement verläuft das zwischen den einander kreuzenden Elektroden bestehende Feld im wesentlichen parallel zur Oberfläche der dielektrischen Scheibe. Die Dicke der Scheibe wird also nicht effektiv genutzt Werden andererseits, wie bei dem bekannten Bauelement vorgesehen, beide Oberflächen der dielektrischen Scheibe mit Elektroden-Matrizen bestückt, so besteht die Gefahr, daß die von beiden Oberflächen aus in der Scheibe erzeugten elektrischen Felder einander stören.In this component, the field between the electrodes crossing each other runs in the substantially parallel to the surface of the dielectric disc. So the thickness of the disc does not become effective On the other hand, as provided in the known component, both surfaces of the dielectric are used Disc equipped with electrode matrices, there is a risk that the two surfaces electric fields generated in the disc interfere with one another.

Bei dem bekannten Festkörper-Bauelement ist ferner diejenige Fläche, die zur Ausbildung von elektrischen Feldern im Oberflächenbereich der dielektrischen Scheibe zur Verfügung steht, im Vergleich zur Gesamtfläche klein, da ein erheblicher Anteil der Gesamtfläche von den Elektroden selbst sowie von den Isolierschichten, die die einander kreuzenden Elektroden gegeneinander isolieren, eingenommen wird. Um Kurzschlüsse zwischen den Elektroden aufgrund gewisser, bei der Fertigung unvermeidbarer Fehlausrichtungen mit Sicherheit zu vermeiden, müssen die Isolierschichten in ihrer Fläche größer sein als die Elektroden. Daraus ergibt sich, daß bei der bekannten Anordnung die dielektrische Scheibe auch in ihrer Fläche nicht effektiv ausgenutzt wird.In the case of the known solid-state component, the area that is used for the formation of electrical Fields in the surface area of the dielectric disc is available, compared to Total area small, as a significant proportion of the total area is from the electrodes themselves and from the Insulating layers, which isolate the crossing electrodes from one another, is taken. Around Short circuits between the electrodes due to certain misalignments that are unavoidable during manufacture To avoid with certainty, the insulating layers must be larger in area than the electrodes. It follows from this that in the known arrangement the dielectric disk also does not have a surface area is effectively exploited.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dielektrisches Festkörper-Bauelement zum Speichern in Matrixform der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das Volumen der dielektrischen Scheibe zur Speicherung effektiver ausgenutzt wird und trotzdem sämtliche mit externen Anschlüssen zu versehende Elektroden auf derselben Fläche der Scheibe angeordnet sind.The invention is based on the object of a dielectric solid-state component for storage in To create a matrix shape of the type mentioned, in which the volume of the dielectric disc to Storage is used more effectively and all of them have to be provided with external connections Electrodes are arranged on the same surface of the disc.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegeben.The inventive solution to this problem is given in the characterizing part of the claim.

Danach besteht zwischen einer Kreuzungsstelle und der gegenüberliegenden getrennten Elektrode eine erste Kapazität sowie zwischen dieser getrennten Elektrode und dem an die Kreuzungsstelle anschließenden Bereich eine zweite Kapazität in Reihe mit der ersten Kapazität, so daß das elektrische Feld die dielektrische Scheibe zweimal vollsetzt Auf diese Weise iäßt sich praktisch das gesamte Volumen der Scheibe unter den Elektroden ausnutzen, die ihrerseits ohne allzu große Zwischenräume nebeneinander angeordnet werden können. Daraus ergibt sich eine wesentlich höhere Speicherdichte.Thereafter, there is a separate electrode between a crossing point and the opposite first capacitance as well as between this separate electrode and the one connected to the crossing point Area a second capacitance in series with the first capacitance, so that the electric field the dielectric disk filled twice In this way, practically the entire volume of the disk can be filled take advantage of the electrodes, which in turn are arranged next to one another without too large gaps can be. This results in a much higher storage density.

ίο Da ferner nur die wie bei dem bekannten Bauelement auf der gleichen Oberfläche der dielektrischen Scheibe angeordneten Zeilen- und Spaltenelektroden extern anzuschließen sind, steht die die getrennten, aber extern nicht anzuschließenden Elektroden tragende andere Oberfläche zur Stützung und Halterung der dielektrischen Scheibe zur Verfügung.ίο Since only the same as with the known component row and column electrodes disposed on the same surface of the dielectric disk externally are to be connected, the other one carrying the electrodes that are separated but not to be connected externally is available Surface available to support and hold the dielectric disc.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigenAn embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings Show drawings

Fig. la, Ib und Ic in Vorderseitendrauf sieht, im Längsschnitt und in Rückseitendraufsicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;Fig. La, Ib and Ic in the front side, in Longitudinal section and a rear plan view of an embodiment of the invention;

F i g. 2a und 2b im Längsschnitt und in Vorderseitendraufsicht das Ausführungsbeispiel der Erfindung in vergrößerter Darstellung; undF i g. 2a and 2b in longitudinal section and in a front plan view of the embodiment of the invention in enlarged view; and

F i g. 3a und 3b Äquivalentschaltbilder für eine Matrix bzw. eine Kreuzungsstelle dieser Matrix.F i g. 3a and 3b are equivalent circuit diagrams for a matrix or a crossing point of this matrix.

Auf die Vorderseite einer Scheibe 1 aus dem ferroelektrischen keramischen Werkstoff PLZT werden 30 Zeilenelektroden und 30 Spaltenelektroden aufgebracht (F i g. 1 a, 1 b und 1 c). Parallel zu der 30 mm langen Kante der Scheibe werden dünne streifenförmige Schichten fester Lösungen von Indiumoxid und Zinn(lV)-oxid im Molverhältnis von 91 :9 durch Kathodenzerstäubung aufgebracht Diese Dünnschichtstreifenelektroden 2 sind jeweils 500 μπι breit, haben einen Abstand von 1200 μπι voneinander und sind 29 mm lang. Senkrecht zu dieser Elektrodenschar werden in gleicher Weise Dünnschichtstreifenelektro-Be on the front of a disc 1 made of the ferroelectric ceramic material PLZT 30 row electrodes and 30 column electrodes are applied (Fig. 1 a, 1 b and 1 c). Parallel to the 30 mm long The edge of the disc will be thin strip-shaped layers of solid solutions of indium oxide and Tin (IV) oxide in a molar ratio of 91: 9 applied by cathode sputtering. These thin-film strip electrodes 2 are each 500 μπι wide, have a distance of 1200 μπι from each other and are 29 mm long. At right angles to this group of electrodes, thin-film strip electrodes are made in the same way.

*° den 3 aufgebracht, die je 600 μπι breit sind, einen Abstand von 900 μπι voneinander haben und 39 mm lang sind. Auf diese Weise sind auf ein und derselben Oberfläche der Scheibe Zeilenelektroden und Spaltenelektroden aufgebracht. Die beiden Elektrodenscharen * ° the 3 applied, which are each 600 μπι wide, have a distance of 900 μπι from each other and are 39 mm long. In this way, row electrodes and column electrodes are applied to one and the same surface of the pane. The two electrode groups

t5 sind durch SiO2-Schichten 4 (F i g. 3a und 3b) elektrisch gegeneinander isoliert. Die äußeren Endpunkte der Dünnschichtelektroden sind mit Cr-Au-Schichten 11' und 12' nach dem Aufdampfverfahrer, beschichtet. An den so hergestellten Elektroden sind Anschlußdrähte 11 und 12 aus Gold befestigt.t5 are electrical through SiO2 layers 4 (Figs. 3a and 3b) isolated from each other. The outer end points of the thin-film electrodes are covered with Cr-Au layers 11 ' and 12 'after the vapor deposition process, coated. Connecting wires 11 are attached to the electrodes produced in this way and 12 attached of gold.

Auf die Rückseite der PLZT-Scheibe 1 werden dann voneinander getrennte rechteckige durchsichtige Ιη2θ3—SnO2-Elektroden 5 aufgebracht, die je eine Kantenlänge von 800 μπι χ 1000 μπι haben. Diese voneinander getrennten Elektroden sind auf der Rückseite der Scheibe in der Weise angebracht, daß sie Flächen bedecken, die auf der Vorderseite der Scheibe der Kreuzungsstelle der Zeilen- und Spaltenelektroden und ihrer näheren Umgebung entsprechen. Die so hergestellte Struktur wird dann am Trägerrahmen gehaltert, wobei das fertige dielektrische Matrixbauelement erhalten wird.On the back of the PLZT disk 1, separate rectangular transparent ones are then placed Ιη2θ3 — SnO2 electrodes 5 applied, each one Edge length of 800 μπι χ 1000 μπι have. These separate electrodes are attached to the back of the disc in such a way that they Cover the areas on the front of the disk where the row and column electrodes intersect and correspond to their immediate surroundings. The structure produced in this way is then attached to the support frame supported, whereby the finished dielectric matrix component is obtained.

In der F i g. 3a ist ein Äquivalentschaltbild für eine in dieser Weise hergestellte 5x6 bit-Matrix gezeigt, die je Kreuzungsstelle ein Paar in Reihe geschalteter Elemente aufweist.In FIG. 3a shows an equivalent circuit diagram for a 5x6 bit matrix produced in this way, which has a pair of elements connected in series for each crossing point.

In der F i g. 3b ist eine Kreuzungsstelle zwischen einer bestimmten Spaltenelektrode 2 und einer bestimmtenIn FIG. 3b is a crossing point between a specific column electrode 2 and a specific one

Zeilenelektrode 3 dargestellt Die ferroelektrischen kapazitiven Elemente Cl und C2 sind durch den Elektroden 5 entsprechende Leitungen miteinander verbunden. Da die Elektroden an den Stellen Ci und C2 gleiche Fläche besitzen, kann für die in Fig.2a gezeigte spontane Polarisation 20 und 20' die durch Pfeile angedeutete antiparallele Ausrichtung vollständig bewirkt werden. Die Elektroden 2 und 5 bilden einen Kondensator Cl, während die Elektroden 3 und 5 einen Kondensator C2 bilden. Die gemeinsame Elektrode beider Kondensatoren entspricht im Äquivalentschaltbild nach F i g. 3a und 3b einer Reihenschaltung dieser beiden Kondensatoren Ci und CZ Die Entfernungen zwischen den Elektroden 2 und 3 sind im Vergleich zu den Entfernungen zwischen den Elektroden der Kondensatoren Cl und C2 kurz. Der Wert der Dielektrizitätskonstanten der elektrisch isolierenden Zwischenschicht 4, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel also der SiO2-Schicht, ist gering. Die Kapazität des Kondensators C3, der zwischen den Elektroden 2 und 3 gebildet wird, ist also gegenüber der Kapazität der Kondensatoren Cl und C 2 vernachlässigbar. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Abstand zwischen den Elektrodenpaaren der Kondensatoren Cl, C2 und C3, also die Abstände di :d2:d3, 10:10:1 betrage. Die Dielektrizitätskonstanten e 1, ε 2 und ε 3 der Kondensatoren Cl, C2 und C3 sollen im Verhältnis von 100 :100 :4 stehen. Die Kapazität des Kondensators C3 ist also im Vergleich zu den Kapazitäten der Kondensatoren Cl und C 2 nicht einmal halb so groß. Da die Scheibe 1 des Ausführungsbeibpiels ein Ferroelektrikum ist, bleibt seine Polarisation selbst dann konstant, wenn die Elektroden 2 und 3 kurzgeschlossen sind. Die ferroelektrischc Scheibe besitzt also ein stabiles Polarisationsgedächtnis.Row electrode 3 shown. The ferroelectric capacitive elements Cl and C2 are connected to one another by lines corresponding to electrodes 5. Since the electrodes at points Ci and C2 have the same area, the anti-parallel alignment indicated by arrows can be completely brought about for the spontaneous polarization 20 and 20 'shown in FIG. 2a. The electrodes 2 and 5 form a capacitor Cl, while the electrodes 3 and 5 form a capacitor C2 . The common electrode of both capacitors corresponds in the equivalent circuit diagram to FIG. 3a and 3b of a series connection of these two capacitors Ci and CZ. The distances between the electrodes 2 and 3 are short compared to the distances between the electrodes of the capacitors C1 and C2. The value of the dielectric constant of the electrically insulating intermediate layer 4, that is to say the SiO2 layer in the exemplary embodiment shown here, is low. The capacitance of the capacitor C3, which is formed between the electrodes 2 and 3, is therefore negligible compared to the capacitance of the capacitors C1 and C2. It is assumed, for example, that the distance between the electrode pairs of the capacitors C1, C2 and C3, that is to say the distances di: d2: d3, is 10: 10: 1. The dielectric constants e 1, ε 2 and ε 3 of the capacitors Cl, C2 and C3 should be in the ratio of 100: 100: 4. The capacitance of the capacitor C3 is therefore not even half as large as the capacitances of the capacitors C1 and C2. Since the disk 1 of the exemplary embodiment is a ferroelectric, its polarization remains constant even when the electrodes 2 and 3 are short-circuited. The ferroelectric disk thus has a stable polarization memory.

Das Matrixbauelement kann in der für andere bekannte Matrixelemente an sich bekannten Weise angesteuert und getrieben werden. So kann beispielsweise nach dem System der Spannungskoinzidenz, punktweise, zeilenweise oder mit freiem Zugriff geschrieben werden, also durch entsprechende Ansteuerung der Matrix Information im ferroelektrischen oder ferroelektrisch polarisierbaren Werkstoff der Scheibe 1 gespeichert wenden.The matrix component can be used in the manner known per se for other known matrix elements controlled and driven. For example, according to the system of voltage coincidence, can be written point by point, line by line or with free access, i.e. by appropriate control the matrix information in the ferroelectric or ferroelectrically polarizable material of the pane 1 turn saved.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Dielektrisches Festkörper-Bauelement zum Speichern in Matrixform mit einer Scheibe aus dielektrischem Werkstoff, dessen spontane elektrische Polarisation durch an Zeilen- und Spaltenelektroden angelegte Spannungen änderbar ist, bei dem die Zeilen- und Spaltenelektroden auf einer Seite der Scheibe angeordnet und an ihren Kreuzungsstellen durch eine Zwischenschicht elektrisch gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den den Kreuzungsstellen der Zeilen- und Spaltenelektroden (2,3) entsprechenden Stellen auf der anderen Seite der Scheibe (1) voneinander getrennte Elektroden (5) derart angeordnet sind, daß sie jeweils sowohl den gesamten Bereich der Kreuzungsstelle, in dem die eine (2) der Zeilen- und Spaltenelektroden unmittelbar auf der Scheibe (1) liegt, als auch einen daran anschließenden Bereich gleicher Größe, in dem die andere (3) der Zeilen- und Spaltenelektroden unmittelbar auf der Scheibe (1) liegt, überdecken.Dielectric solid-state component for storage in matrix form with a disk dielectric material whose spontaneous electrical polarization occurs on row and column electrodes applied voltages is changeable, in which the row and column electrodes on one side of the Disc arranged and electrically against each other at their crossing points by an intermediate layer are isolated, characterized in that at the crossing points of the line and Column electrodes (2,3) correspond to locations on the other side of the disc (1) from one another separate electrodes (5) are arranged in such a way that they each cover both the entire area of the Crossing point where one (2) of the row and column electrodes is directly on the pane (1) is, as well as an adjacent area of the same size, in which the other (3) the line and Column electrodes lying directly on the disc (1) cover.